上海交通大学
硕士学位论文
内燃机滑动轴承薄壁轴套及止推片CAD系统工装夹具设计
姓名：李奇勇
申请学位级别：硕士
专业：机械设计及理论
指导教师：李柱国
2003.2.1
内燃机滑动轴承薄壁轴套及止推片
ＣＡＤ系统工装夹具设计
摘 要
目前
有的厂家还在使用手工绘图
部分厂家虽然能够借助计算机完成轴承的设计
设计经验等因素的影响设计出不符合实际需要的产品从而使企业在日益激烈的市场竞争中处于不利地位
包括轴承结构设计旨在提高现代轴承厂内燃机滑动轴承设计的质量与效率从而提升企业的竞争力我们根据轴承种类和设计要求
确定整个软件系统的总体结构
翻边轴瓦翻边轴套和止推片五大部分
当然由于数据传输的问题本文也谈到了结构设计和工艺设计部分
在Visual C++开发环境下进行AutoCAD二次开发
用户界面友好
系统综合使用全局变量高效地解决了软件开发中有关的数据传输问题
为此系统基于轴套结构相同则夹具相似的原则建立了一个大型图形库采用图形模块的方法
从而有效解决了夹具图设计的问题
总之
同时系统也需要在实际应用中关键词CADêy?Y′?ê?
STUDY OF THE CAD SYSTEM OF ENGINE
PLAIN BEARING’S MOULD
(BUSHING BEARING AND THRUST FLAKE)
ABSTRACT
At present, most domestic plain bearing manufacturers are inefficient when they design the plain bearing. Even some corporations still design plain bearing by hand. Repeated labor affected the efficiency of the corporation badly. Although some others can utilize computers to help the designing, the efficiency of those designers is still very low because of inexperienced designers or low computer level. All of this put the corporation into the disadvantageous situation in the competitive market.
We develop the CAD system of Plain Bearing, which include the design of structure, arts and crafts, mould. The aim is to improve the efficiency of modern plain bearing manufacturers and shorten the cycle of designing and build up the advantage in the competitive market. When developing the software, firstly we divide the system into several modules according to the classification of plain bearing. The thesis is to introduce the designing mould of bushing bearing and thrust flake, and
we also introduce something on the design of structure and craftwork.
We develop the software with object-oriented technique using Visual C++ and ObjectARX. The data transfer problem of the system is settled successfully and efficiently by using global variable, local variable and data files synthetically.
The design of mould of bushing bearing and thrust flake is very difficult because of complex mould. The drawing is resolved successfully by using graphics template, and parameterized drawing is also utilized to help design the mould of thrust flake, which is helpful when the software need continuous improvement.
In conclusion, the CAD system of Engine Plain Bearing is beneficial for the inefficient plain bearing manufacturers to help them improve the efficiency.
KEY WORDS: Plain bearing, CAD, mould, data transfer.
上海交通大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明是本人在导师的指导下
除文中已经注明引用的内容外
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担
李奇勇
日期
上海交通大学
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留
同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索
缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文
本学位论文属于
不保密
李奇勇 指导教师签名
２００３－２－１７ 日期
第一章 文献综述
随着时代进步作为高科技之一的先进制造技术越来越凸现出其重要性
它一改过去依赖手工的技术方式
克服了许多诸如生产效率低下
大大提高了企业市场竞争力
１．１ＣＡＤ概述
CAD (Computer Aided Design) 是指以计算机为基础
产品设计过程是指从接受产品的功能定义开始到设计完成产品的材料信息精度要求和技术要求等装配图的形式表达出来的过程
设计是指构造零件的几何形状
以及为保证整个设计的统一性而对零件提出的功能要求和技术要求等工程设计和详细设计三个阶段
把产品的功能使用寿命
质量要求等量化成设计过程可供使用的参数信息
完整零件表及材料清单输出加工要求和装配要求的详细零件图和装配图如有限元分析法从理论上对产品的性能进行模拟以保证产品设计的可靠性
1) 概念设计这是在人机交互下完成的计算机可从已有的设计中搜索各种相关信息并迅速形成产品的造型和外观图形
从产品结构总图分离零件图
结构尺寸
3) 工程分析动力分析等以分析零件的运动状态
一般有有限元分析优化设计等
在工程分析基础上对设计进行全面评价以达到整体最优
形成零件图
一个CAD系统由硬件系统和软件系统组成硬件系统和软件系统的配置也不尽相同硬件系统主要是指计算机
软件系统又包括系统软件系统软件主要是操作系统它提供支持应用基础软件的运行环境
支撑用户进行CAD工作的通用性支撑软件
此外
人在整个系统中始终都应该是第一位的
CAD系统才有了长足进步
CAD技术已形成了一个灵活协调的系统
设计者可以通过计算机和相应的软件对设计产品进行分析产品结构和性能的调整优化等形成人类智慧与计算机软硬件的巧妙结合
从而使人和机器的最好特性联系起来人逻辑思维能力较强计算机则具有速度快不疲倦CAD恰好是这样一个人机混编系统因此在实际工作中
也使设计质量趋于最优
一个完整的机械 CAD软件包应包括计算机制图
参数优化机构运动分析(包括运动学和动力学分析)
í?D???μμ1üàíμè?úèY
???ú2?·??úèYé?ê1ó??????ú
D?3éò?????D§?eó1??òé???ìéè???ü?ú
ìá??2ú?·μ?×?o?êD3??o?ùá|í¨1yóD?T?a·¨
?éò?ìá??éè???êá??1?éò?êμ??êy?Y12?í
áíía3yá??úê?àí?ˉá|
CAD系统的开发应用还有利于拓宽市场与国际接轨提高产品的开发能力和与其他企业的合作能力
提高企业对市场的敏捷性等１列出采用CAD对产品开发的主要指标项目的影响
指标项目预期指标
１
目前CAD的发展
1) 采用面向对象的数据库技术和数据库管理系统
保证数据的一致性无需数据转换提高处理复杂工程数据信息的频率分析为CAD/CAM系统集成奠定基础
提供参数模型设计
应用尺寸驱动编辑功能
3) 实现工程计算机网络化
使工程技术人员在不同地方同时工作又随时可以交互信息提高效率
智能化是CAD的方向
可提高知识利用率专家系统的研究开发将大大提高设计质量
5) 提供结构分析工程分析CAPP
6) 标准化产品零件的描述标准至关重要
制造整个过程的数据传递和交换
CAD技术的发展与推广对工业发展产生深刻影响而提高产品开发能力的重要手段之一就是实施CAD技术我国的CAD技术一定会有令人惊讶的发展
并形成产业
尺寸表面粗糙度及材料等工序与工步确定毛坯形式
刀具切削速度和进给量等还要计算工时定额和加工费用
如工艺路线卡成本核算卡等
它从CAD系统或通过人机交互输入零件的各种数据工
件模型以及工艺逻辑规则工时定额以及成本核算数据等
传统的工艺规程设计方法主要依靠工艺设计人员积累的经验
因此存在大量的重复劳动难以优化不利于专家的知识和经验的利用随着产品更新换代时间的减少传统的工艺规程设计方法势必严重制约整个制造业的发展
自动生成优化的工艺规程则很好的解决了这个问题CAPP还可以将CAD和CAM的信息有机连接起来
用计算机生成工艺的基本原理是将经过标准化或优化的工艺
包括工艺师长期以来积累的经验知识
在计算机生成工艺时然后识别并检索一个零件族的复合工艺和有关工序
假如计算机读取的零件信息中部分信息超出计算机能识别处理的范围或不能用预先确立的逻辑生成工艺时只能报错计算机只能按照CAPP 软件规定的方式生成工艺过程一旦新的工艺方法
就必须修改CAPP系统中的某些部分
实际上同时
这也给我们带来了不少麻烦
在设计CAPP软件系统时还必须保证软件良好的开放性
尽管CAPP系统种类繁多工艺决策人机界面与工艺文件管理/输出等五大部分
计算机目前还不能像人一样识别零图上的所有信息
如何输入和描述零件信息是CAPP系统最为关键的问题之一
它的作用是以零件信息为依据
调用有关工艺数据或规则计算和决策并生成零件的工艺规程
它包含了工艺设计所要的所有工艺数
据余量机床夹具工时
和规则决策习惯
如加工方法选择规则并便于
使用使之用于各种不同的企业和产品
4) 人机界面
人机界面是用户的工作平台工艺设计的界面
以及工艺文件的显示
5) 工艺文件管理输出
一个系统可能有很多工艺文件既是CAPP系
统的重要内容输出部
分包括工艺文件的格式化存盘和打印等
有些系统还允许用户自定义输出格式
分析国外近40年和我国20余年 CAPP的发展情况
基本经过了变异式半创成式智能式的过程Array
派生式Variantà?ó?3é×é??ê??-àí
1é×?
′?è?1¤ò????t?a?Dê?è?á??tD??￠
°′′?±à??óD?????ú?ì?÷3??àó|μ?á??t×?μ?μ?Dí1¤ò?
?a??·?ê???ò?êêó|éú2ú??ê?ì??toí2ú?·?üD???′úμ?·￠?1
′′3éê?CAPP系统
从无到有自动地生成零件地工艺过程
工艺设计结果一致性好工艺决策
随环境变化的多变性及复杂性等诸多因素
或只适用于特定的零件
将变异式与创成式结合起来
克服其缺点
在目前的CAPP开发中较适用
它以人机对话的方式为主
回答工艺设计中的提示完成工艺规程的设计系
统的运行效率低
智能式CAPP系统是将人工智能技术用来解决
工艺设计中的问题但在实际的运用上还有
很多工作和问题需解决
１．３ＣＡＦＤ概述
夹具是能够使工件按照一定技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备
提高生产效率的瓶颈环节
小批量和高柔性的方向发展
CAD技术和人工智能技术的发展为夹具设计的柔性化
CAFD(计算机辅助夹具设计)应运而生
作为重要工艺装备之一的夹具制造和装备过程与传统的夹具设计
CAFD与传统夹具设计本质上的区别在于
首先利用计算机进行三维夹具装配图的设计即根据三维工序图及其定位基准设计其三维定位机构导向对刀机构然后
最后根据加工需要利用计算机将零件三维图转化成零件的二维图纸
加工中心的普及应用
简单化方向发展成组可调整夹具合件应用越来越广泛
专用夹具元件的设计方法与传统的设计方法相比已经发生本质变异
然后利用参数化设计的原理修改其尺寸通过添加特征或删除特征等方法修改其形状提高了夹具元件的设计效率
因而构建夹具设计与装配的知识库已成为CAFD的关键技术之一
1
2???éè??ó??ê??éè??μ?è?1y3ì
ò??°?D??μ?±ê×??a?têy?Y?a
?úê???í?1¤×÷á?
éè???êá??÷òaè???óúéè??è??±μ??-?éoí??ê?????
??ò?êêó|CAD/CAM集成的需要
派生式CAFD
派生式CAFD的设计思想来源于成组技术(GT)?ó1¤·?·¨oí?D????DD·?àà?¨á￠μ?Dí?D??êy?Y?aê×?è?ù?Y1¤?t±à??oí?ó1¤·?·¨±à??2é?ˉ?à??μ??D??
íê3é?D??éè??μ?è?1y3ì
μ?éè??μ??êá??úò??¨3ì?èé?è?òààμéè??è??±μ??-?éoí???ü半智能化CAFD
半智能化CAFD是一种智能推理与交互式设计相结合的夹具设计方法
夹紧元件和导向元件等的结构和尺寸已标准化
在半智能化CAFD系统中采用智能推理的方法进行选件
实现装配过程的自动化有一定难度
半智能化CAFD是一种实用性较强的夹具设计方法
也大大提高了夹具设计过程的自动化程度
智能化CAFD
智能化CAFD是将人工智能技术中的专家系统技术引入夹具设计过程的各个阶段来实现的由系统自动生成加工所需的夹具夹具设计工程数据库
点自动进行定位误差和夹紧力分析采用智能化夹具设计方法对于提高夹具设计效率和设计质量
实现夹具的优化设计有着十分重要的意义
其设计过程依赖大量的专门知识和经验知识各国专家和学者普遍认为
目前
１．４轴承ＣＡＤ技术与软件开发
轴承CAD技术是机械CAD技术在轴承这一特定的机械产品中的应用制造的特点国内外的许多学者开发出不同的轴承CAD
?aD??á3DCAD系统中主要是滚动轴承的CAD软件
但在设计时却是有很大的不同
而滑动轴承的结构有不确定性
油孔的组合
在以往开发的轴承CAD?÷òaóDá?′óààDíμ??μí3
?á11?a??éè???μí3?÷òaêêó?óú?á3Déè???a·￠??áíò????μí3ê????òò?éè??o??á112?êyμ??÷???á3D1¤ò?á÷3ìμ?×??ˉíê3é?ò??μ??a·￠μ??μí3ê?óúoó??
è??yè·D?
íê??D??é???¤D?μèè?±í??
CAD软件开发是要用系统工程的观点
信息关系
CAD软件开发时强调使用生存周期方法
每个阶段的任务尽可能相对独立从而降低整个软件开发工程的困难程度提高软件的可维护性
系统分析软件开发和软件维护三个时期
确定可行性估计成本
软件开发时期通常包括总体设计模型化信息流动处理综合测试四个阶段
维护时期的主要任务是使软件持久地满足用户地需要
修改软件以适应新的环境
面对对象分析和设计是现代软件设计发展的一个重要成果
属性面相对象技术可以重用许多现有的成果
CAD软件的开发也趋于用面向对象的语言来开发Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋等这样不但可以缩短开发周期人机界面友善
它对用户情绪和工作效率产生重要影响
用户在使用系统时可以提高学习速度和使用速度增强记忆用户界面的设计应遵循下列的准则
使用一致的步骤
2) 减少步骤
3) 及时提供反馈信息
人在系统交互中难免有失误
在这些情况下提供撤销命令是很有必要的
5) 无须记忆应该使用户在使用系统时把更多的时间化在他实际想做的事上
人
7) 富有吸引力机界面应友善
开发机械CAD软件时必须处理好设计数据资料的计算机处理问题
我们要充分利用计算机存贮容量大
将机械设计中的各种数表使我们在进行机械设计时能方便迅速地从计算机上获取设计所需资料
针对不同的数据资料
1?éò???êy?Y??DD3ìDò?ˉ′|àí
oˉêyμè)ê?3?2?êy?íê??ò??Dèòaμ?éè??êy?Yóé??????μ?êy?Y
以表格形式出现的离散型数据可用数组的形式直接写入程序可建立数据文件和数据库
提取数据将表格变换成公式用查表
3è?1?óD?ú??1?ê?
è?1???óD??3éμ?1?ê?±íê?
°???í?±?3é?ao?1?ê?
×?oóè??ò???′ò??′?ò???a·￠?aì×èí?tμ?????à′?′?°??êμòaò?
1¤ò??¨??éè???°1¤×°?D??éè??ê±è?è?í￡á??ú2éê?2á2?·?3§?ò??è?2éó??????ú??í?
??êμ?êé?1¤3ìéè???DDí?àê??-?éμ??yà?oí???′μ?àí?ˉ2??üà?ó?ò?D?éè???Dμ??yà??-?é2￠?ò?é?ü?áóéóúè±·|?àó|μ??-?é??éè??3?2?·?o?êμ?êDèòaμ?2ú?·òò???ú??′úè?ò??¤áòμ?êD3??o?ù?D′|óú2?à?μ?μ??????toéμèè??a·￠μ??á3DCAD软件为解决这一问题提供了一个方向并取得了良好效果
程序使用界面等方面还不够完善
我们与上海菲德尔莫古公司合作开发了这套适用于内燃机滑动轴承结构设计
有理由相信这样一套内燃机滑动轴承CAD系统在生产实践中将产生显著的实际效用
第二章 ＡｕｔｏＣＡＤ二次开发技术
目前其较强大的图形但是
绘制一个轴套需要一步一个命令地画出图形然后标注等设计效率低下所以对AutoCAD进行二次开发就势在必行了ＡＤＳＶＣ＋＋ ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ
通过比较不难看出为什么我们最终选择ObjectARX作为软件系统的开发语言
不是面向对象的语言
语言规则简单
易于交互
但是随着应用程序层次和逻辑结构的不断复杂而二次开发不再仅局限于交互性如计算处理AutoLISP开发环境的缺点就愈来愈明显功能单一
程序运行速度慢语言规则简单
不适合大规模开发程序的编写
缺乏较好的保护机制另外,其表达式的后缀表示法也不易让一般开发人员习惯和接受
在AutoCAD R14中
ＶｉｓｕａｌＬＩＳＰ是一种编译型的API
?üìá1?AutoLISP的所有功能
COM/ActiveX用户界面和事件响应器等
IDEμ÷ê?ó?Lisp编写的AutoCAD程序更加方便但仍然解决不了运行速度慢运行速度慢等缺点
主要是利用系统本身提供的可编程对话框工具(PDB)实现对话框界面设计定义对话框窗口的组成构件这种方法因为局限于用 DCL文件形式描述对话框因此也不能满足现代软件的开发要求
2.2 ADS
Advance Development
System?üêμ?êé?ê??¨ò?á?ò?×é?éóé
AutoLISP调
用的外部函数而且融合了
1) 直接对硬件操作
3)编译后运行速度快
5)丰富的库函数
它具备综合大规模处理的能力
由于是编译开发环境
且运行速度快难以短时间内掌握
并且内在结构不是面向对象的
它也是通过IPC与AutoCAD通讯
此外效果
不理想
2.3 VBA
AutoCAD自R14起
它为AutoCAD的进一步发展开辟了新的途径
用户可以容易地用各种ActiveX客户编程语言
Ｄｅｌｐｈｉ等Array
微软的Visual Basic是Windows环境下的极为典型的ActiveX
Automation控件
Visual Basic for Application是VB的特殊形式
使两者紧密集成在一起
扩展了AutoCAD集成用户化工具的集成能力
但是由于编程语言本身的原因
而且其应用程序相对ObjectARX程序而言其运行速度也不是很快
ＡｕｔｏＣＡＤ Ｒｕｎｔｉｍｅ ｅＸｔｅｎｓｉｏｎ
向对象的C语言开发环境动态链接库共享AutoCAD地址空间避免了IPC的系统开销和由此引起的性能下降
在AutoCAD R14中
原来组成ADS库的全部函数全部纳入ObjectARX中作为它的一个库ADSRX
?üê1ó?Visual C++编程环境且包含一组动态连接库 (DLL)?ü?±?óà?ó?AutoCAD核心数据结构和代码
ObjectARX与AutoCAD间的通信与其它AutoCAD的二次开发语言的对比参见图2
图２各种ＡｕｔｏＣＡＤ开发语言与ＡｕｔｏＣＡＤ间通讯对比
Fig.4-1 the contrast of communication between
different developing language and AtutoCAD
ObjectARX SDK 主要提供有AcRX类库AcGi类库
此外
并且开发人员可以在其所提供的基类上派生出自定义类
比较AutoCAD 提供的各种API
ê×?è?±?óó?AutoCAD通讯的API比利用IPC 进行通讯的API运行速度要快因此ObjectARX的运行速度最快ObjectARX应用程序因为能在运行期间实时扩展AutoCAD?ùò?D??ü·?3￡??′ó
μ±è?áíò?·???
?ùò?ò?μ?ó|ó?3ìDò꧰ü???óAutoLISP开发的应用程序并不危害AutoCAD自身进程ObjectARX比较难以掌握
必须经过严格的编译链接
才能生成应用程序简单易学综合考虑
２．４．１ ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ程序的特点
在ObjectARX环境下开发的程序称为ObjectARX应用程序
而AutoCAD软件本身则是一个典型的Windows程序Ｗｉｎｄｏｗｓ之间均采用Windows 消息传递机制直接通讯
在acrxEntryPoint()函数中用switch语句处理来自AutoCAD的各种消息
ObjectARX应用程序可以充分利用AutoCAD 的开发结构图形系统和CAD几何造型核心
这些外部命令与AutoCAD自身固有命令一样由AutoCAD本身执行
ObjectARX应用程序以C++为开发语言
可继承性以及多态性等特点独立性强使用方便并且支持MFC
ARX程序是Windows DLL程序
从效率与功能来说
AutoLISP完全包含在AutoCAD的内部它与AutoLISP的通信是一个被动地等待AutoLISP请求的无限循环
ADS程序与AutoCAD程序并不是直接通信
在AutoLISP和ADS编程环境里
用户通过AutoCAD命令来操作其中的实体
从ARX开发者的角度来看它管理的是图形及其属性数据
并加入到这个体系中去具有面向对象编程方式的数据可封装性用其开发的工程CAD软件具有模块性好连接简单内部功能高效实现以及代码可重用性强等优点能简洁高效地实现许多复杂功能
通过动态加载的DLL建立对AutoCAD直接函数调用它是AutoCAD进程空间的一部分而且使用简单